Лабораторно-практическое занятие № 9. «Взаимное влияние атомов в молекуле и электронные эффекты» (3ч)

Цель:сформировать умения определять индуктивный и мезамерный эффект его виды, прогнозировать смещение электронной плотности в молекуле.

Вопросы для обсуждения:

1. Индуктивный эффект и его особенности.

2. Мезомерный эффект.

2. Пространственные эффекты.

Материалы и примеры для самостоятельного изучения

Пример 1. Сорбиновая кислота впервые выделенная из сока рябины (от лат. sorbus — рябина), является антисептическим веществом. Сравните перераспреде­ление электронной плотности в диеновом фрагменте сорбино-вой кислоты относительно бутадиена-1,3.

Решение.Влияние заместителей на распределение электрон­ной плотности в молекуле оценивается как результат совмес­тного действия индуктивного и мезомерного эффектов.

Молекулу сорбиновой кислоты можно рассматривать как бутадиен-1,3, в который в положения 1 и 4 «введены» два заместителя — метильная и карбоксильная группы.

Разность в величинах электроотрицательности атомов угле­рода в состояниях sp²- и sp³-гибридизации невелика, поэтому CH₃-группа проявляет небольшой +I-эффект и оказывает сла­бое электронодонорное влияние на диеновый фрагмент моле­кулы.

Карбоксильная группа, содержащая два сильно электроот­рицательных атома кислорода, обладает существенным -I -эф­фектом. Одновременно за счет -связи карбоксильная группа находится в , -сопряжении с диеновой системой, проявляя значительный -М-эффект. В результате одинакового направле­ния действия обоих эффектов карбоксильной группы электрон­ная плотность как -связей, так и -сопряженной системы смещается в сторону электроотрицательного атома кислорода, находящегося на конце открытой сопряженной системы. Таким образом, карбоксильная группа играет основную роль в умень­шении электронной плотности в диеновом фрагменте молеку­лы сорбиновой кислоты по сравнению с бутадиеном-1,3.

Указанное уменьшение электронной плотности приводит к изменению химического поведения диенового фрагмента: умень­шается его реакционная способность в тех реакциях, которые начинаются с атаки электроннофильными частицами, например в реакциях окисления и электрофильного присоедине­ния.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 9.1.Укажите, в каких из соединений, формулы которых при­ведены, заместители проявляют положительный индуктивный эффект, в каких — отрицательный индуктивный эффект:

Задача 9.2.Коричная кислота в высших растениях участвует в биосинтезе многих соединений, из которых пигменты и танины применяются как лекарственные вещества. Приведите строение транс- изо мера коричной кислоты С₆Н₅—СН=СН—СООН, определите сопряженную систему, укажите вид и знак элек­тронных эффектов карбоксильной группы.

Задача 9.3.Укажите вид и знак электронных эффектов атома хлора в молекуле хлоропрена (2-хлорбутадиена-1,3), применяемого в промышленности для получения синтетического каучука.

Задача 9.4.Ретиналь, принимающий участие в процессе зрения, содержит сопряженную систему с открытой цепью. Определите вид сопряжения, укажите электронные эффекты альдегидной группы.

Задача 9.5.Укажите вид и знак электронных эффектов функцио­нальных групп в молекуле 4-гидроксибутановой кислоты.

Задача 9.6.Какие электронные эффекты проявляют функциональ­ные группы в. молекуле таурина (2-аминоэтансульфоновой кислоты)?

Задача 9.7.Какие свойства — электронодонорные или электроно-акцепторные — проявляет этоксигруппа в молекулах диэтилового и винилэтилового эфиров?

Задача 9.8.Охарактеризуйте взаимное влияние альдегидной группы и бензольного кольца в молекуле бензальдегида.

Задача 9.9.Укажите электронные эффекты и виды сопряжения заместителей с бензольным кольцом в молекуле сульфаниловой кислоты.

Задача 9.10.В клинической лабораторной диагностике для опреде­ления белка в биологических жидкостях применяется сульфосалициловая кислота. Укажите вид и знак электронных эффек­тов заместителей в молекуле этой кислоты.

Задача 9.11.Укажите вид и знак электронных эффектов заместителей » молекуле пиридоксаля (группа витамина В₆).

Задача 9.12.Сравните влияние гидроксильной группы на бензольное кольцо в молекулах фенола и бензилового спирта.

Задача 9.13.Для изучения превращений лекарственных веществ, содержащих простую эфирную связь, в качестве модельного соединения используют метиловый эфир n-нитрофенола. Объяс­ните, как распределена электронная плотность в молекуле этого соединения.

Литература для самостоятельной работы

1. Органическая химия: Учебник для вузов: В 2 кн./В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Тюкавкина; Под ред. Н.А. Тюкавкиной. - М.: Дрофа, 2002. – Кн. 1: Основной курс. – 620с. (С. 67-74)

2. Органическая химия (в вопросах и ответах) / Под ред. Б. А. Ивина и Л. Б. Пиотровского. — СПб.: Наука, 2002. — 510 с. (С. 109-117)